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大学物理实验教学模式改革论文 篇1:
依托大学物理实验室建设 开展信息化教学模式改革
摘 要 阐述大学物理实验课程信息化教学改革的意义,从开放实验室管理系统、预习自主评判系统、作业及考试评判系统等方面,探讨信息化条件的建设和教学模式的改革措施,提出改革中的几个关键问题。
关键词 大学物理实验;信息化教学;实验室
1 前言
在教育部《关于加强高等学校实验室工作的若干意见》中明确指出:“大力推进实验室信息化建设。实现网上辅助教学和网络化、智能化教学管理,满足学生自主选课、自助实验、有效利用实验室资源的自主学习和个性化发展的需求。”可以看出,实践类课程教学和管理的发展趋势必将是高度信息化,以及实现信息化教学和管理模式下的全面开放、自主[1]。
作为进入大学后第一门实践类课程,大学物理实验是学生进行创新素质培养、科研能力训练的基础课程。要实现创新型人才的培养目标,就必须依靠高层次的信息化实验室建设,秉承“学生为主体,教师为主导”的教学理念,实施开放、自由、民主、灵活的信息化教学[2]。军械工程学院大学物理实验课程信息化教学条件和教学模式存在很多问题,这也代表了很多院校目前的状况,教学改革迫在眉睫。
实验教学开放程度不够 实验室开放是信息化教学的重要组成部分,是培养具有创新意识和创新能力人才的重要手段。实验室全面开放要求实验的内容、时间和空间都能对学生开放,但是由于开放实验教学的特点,在传统手工记录的管理方式下,实验室组织和管理工作变得更加繁重和复杂,教师工作量大,效率低下。军械工程学院大学物理实验室目前采用的是自制的开放选课管理系统,由于相关硬软件设备和实验室管理人员的欠缺,学生只能在指定时间内针对指定的实验项目进行选择,还不能实现全时段、全内容的开放。要实现实验教学的全面开放,首先要从教学组织模式上给学生提供自主学习的机会和条件,建立基于网络的开放式教学管理系统,为实验预约、仪器管理、师生交互、成绩评价等各个方面提供信息化辅助。
学生自主学习平台资源缺乏 信息化教学模式,秉承“学生为主体,教师为主导”的教学理念,旨在利用信息化手段给学生营造一个自主学习的平台,给教师营造一个指导教学的平台。而目前很多院校和军械工程学院类似,大学物理实验室门户网站还不能做到为学生提供一个全方位的自由、开放、互动平台。学生的课前预习还停留在预习课本、填写实验报告的传统方式上,无法对实验环境建立直观认识,导致学生在实验操作时无目的性、无针对性,缺少自主探究、独立思考的学习环节。因此,必须在校园网的环境下建立融合虚拟仿真实验的课前预习及自动评判系统,使学生在预习的基础上进行检验、评估,及时了解预习中存在的不足,教师则可以根据学生的预习情况有针对性地进行教学准备。
学生学习效果评判环节不完善 大学物理实验课程一般都是小班教学,课时较多,教师批阅实验报告工作量大,特别是其中的计算演算等机械过程,直接影响到教师的工作效率,急切需要利用信息化手段提高实验报告的批改效率。其次,目前所采用的考核方式不完善。由于实验仪器和考核时间的限制,目前采用的是分批分实验项目考核的方式,这种方式存在弊端:一是学生参加考试的时间有先有后,二是考试项目难易程度无法做到一致,难以做到客观和公平。为了改变这种状况,可以借助信息技术增加考试灵活性,采用虚拟仿真考试自动评判系统,线上线下相结合,多方位、多层次地考查学生的学习效果。
2 信息化教学条件建设
实验室信息化改造和建设是开展信息化教学模式的硬软件基础,必须符合人才培养目标的要求。秉承开放性、可操作性、安全性等原则,经过调研和讨论,认为信息化建设重点从开放实验室管理系统、虚拟仿真实验预习自动评判系统、实验报告和考试自动评判系统三个方面开展,其中开放实验室管理系统是最复杂、投入最大的一个板块,也是信息化教学改革的重点和亮点。
开放实验室管理系统 开放实验室是学生自主进行实验、训练科学研究能力的场所,其实施的重点是“开放”和“管理”。开放,既要实现实验室时间、空间的全方位开放,又要实现实验仪器设备的开放,使学生能够通过主动思考、探究完成实验过程。实行充分开放的同时还要加强管理,通过教师远程控制等管理模式,确保学生人身安全,确保实验设备的完好率。
开放实验室实行全天候开放,学生受权后即可在网上自主预约实验时间和实验项目。负责管理和辅导的教师可以通过远程控制查看学生的实验情况,对出现的问题及时解决,确保学生顺利进行实验。开放实验室管理最大的困难是安全问题,包括学生人身安全和仪器完好性,所以要求学生在预约实验之前,首先要利用网络虚拟仿真实验预习系统进行预习,只有完成虚拟仿真实验操作程序并通过评判的学生才可以进行预约,否则预约不成功;还可以在实验之前,让学生通过观看视频的形式进行安全知识学习,并充分了解实验项目相关注意事项,确保实验仪器设备的正确使用。
以虚拟仿真实验为核心的预习自主评判系统 实验课程的预习比理论课程更加重要,一是由于每个实验项目所涉及的知识范围较广,除了物理原理外,还可能涉及电学类、机械类、材料类等知识点;二是实验课程是以实验仪器和操作为主的实践类课程,只了解相关理论知识还不够,还必须能将理论和实践结合起来。但是目前学生基本都是通过课本进行预习,这种方式适合理论课程的预习,缺少了实验仪器和操作的预习这一重要环节。针对这个问题,人们逐渐开始认识到虚拟仿真技术的优势,一台电脑、一个软件就可以建立一个直观的实验环境,学生除了可以利用它进行课前预习,还可以进行课后的复习和拓展学习,打破课堂教学时间和空间的限制。预习自主评判系统包括虚拟仿真实验软件、思考题、课后拓展和自主评判等板块,学生可以利用此系统进行自主学习和科学研究的训练。
作业及考试评判系统 学生课后完成的实验报告直接反映了对实验的掌握程度,对数据处理、实验结论的分析理解能力。但是核对学生数据与结果的正确性这个机械的演算过程,占用了教师大量的时间,如何在保证作业批改质量的前提下提高效率,是亟待解决的一个问题。有了信息手段之后,这个问题就迎刃而解了。利用建立的电子实验报告库,烦琐的数据核对过程就可以通过作业评判系统来完成,不仅速度快,准确性也高。教师只负责对实验结论等主观题进行评判,大大减少了工作量。同时,还可以建立考试自动评判系统,既可以考查学生对实验基础知识的掌握,又可以结合虚拟仿真软件进行线上模拟操作,弥补当前只采用实物操作考核的方式所带来的偶然因素[3]。
3 信息化教学模式探讨
信息化教学模式实施方案 信息化教学模式改革旨在利用信息手段促进教学改革。依托大学物理实验室网络教学平台、实验预习评判系统(含大学物理仿真实验)、实验报告自动评阅系统及相关的线上教学资源,探索线上、线下相结合的信息化教学模式。加大实验室开放力度,满足不同层次学生的学习要求,建立大学物理实验室开放式教学管理系统的实施方案,探索信息化管理模式。采用虚拟仿真实验等自主预习评判系统加强学生主动思考和科学探究能力。采用实验报告和考试自动评阅系统,将教师从烦琐的作业评判中解脱出来。此外,针对人才培养目标和学生的基础层次不同,开展分级式教学方案研究,并加强微课在教学中的作用。
开放实验室教学是信息化教学改革的重点,院校要在无法改变教师资源紧张的情况下加大实验室的开放力度,就必须依靠信息技术手段。大学物理实验室开放管理系统包含软件和硬件的配套建设,操作简便,人机交互性能好。通过使用该系统,学生能够利用网络预约操作时间、地点和机位进行自主实验;教师则通过监视器观察学生的操作情况,有针对性地进行指导。同时,系统还设置了预约关卡,有效减少盲目操作而导致的仪器损坏和安全等隐患。该系统的建设将会极大地提高大学物理实验课程信息化教学改革的进程。同时,鉴于学生能力层次差别较大的现状,借助于教学系统和微课等手段,实施依据学生基础和能力进行的分级教学模式,即教师根据教学内容提出不同的实验目标,学生根据自身能力进行选择,满足不同层次学生的学习要求,做到因材施教。
信息化教学模式改革的关键问题
1)线上资源的建设要充分考虑院校大学物理实验课程的特点及学生的具体情况,并在实践中不断调整和完善,有针对性地实施信息化教学;
2)从课程门户网站、开放式教学系统、预习系统、考试系统等各个方面体现分级教学、因材施教,依据学生知识和能力的层次进行线上、线下结合的分级式教学模式;
3)在教师人员紧缺的现实困难下,探索如何利用信息手段实施实验室全面开放,以及建设前的论证和工作准备,确保能够有序建设,保质保量地开展开放式信息化教学;
4)依托信息手段,使考核方式更加灵活多样,能够多层次、全方位地考核学生的学习效果,并做到客观公平。
4 结束语
一直以来,大学教育中重理论、轻实践的思想制约着创新人才的培养。直到近几年,随着创新型人才在社会发展中的地位越来越突出,人们才逐渐认识到实践类课程在大学教育中的地位和作用,而实践类课程的实施和管理更需要信息手段的支持。因此,信息化建设和教学模式改革将是一个不断进化、不断完善的过程,也是教师应该持续不断关注的研究课题。
参考文献
[1]何祖明,江兴方.独立学院物理实验教学改革探索与实践[J].实验室科学,2015,18(2):83-85.
[2]樊吉瑞.信息技术在物理实验教学中运用的思考[J].中国教育技术装备,2012(19):124-125.
[3]蒋芸,周惟公,王亚芳.信息技术在大学物理实验课程考核中的实践与研究[J].物理与工程,2012,22(3):16-18.
作者:周娴 赵建君 潘华锦 张丽
大学物理实验教学模式改革论文 篇2:
基于MOOCs理念的大学物理实验教学模式的改革与实践
摘 要:本文首先对MOOCs理念进行简单介绍,接着分析了MOOCs理念在大学物理实验教学中重要性、应用研究以及MOOCs理念对大学物理实验教学的影响,进而对基于MOOCs理念的大学物理实验教学模式的改革与实践进行深入探究,旨在为相关物理教育工作者提供一些改革思路和方向。
关键词:MOOCs理念;大学物理;实验;教学模式;改革
0 引言
大學物理实验是高等院校理工科专业学生接触较早的一门基础课,也是培养学生实践能力、应用能力和创新能力的重要课程。因此,将MOOCs理念与教学模式相融合,对于提高大学物理实验教学起到重要的促进作用。对此,笔者基于MOOCs理念的教学影响,进而对大学物理实验教学模式的改革进行简单的论述。
1 MOOCs理念的概述
MOOCs理念是近些年引入国内的一种新型的教学理念,意思是大规模的网络开放课程,简称“慕课”。它是由Massive(大规模的、Open(开放的)、Online(在线的)、Course(课程)四个英文单词缩写而成的。随着近些年教育事业的不断改革,使得一些全新的教学方式得以产生,极大地提高了教育事业的发展。MOOCs理念的产生对于教育事业更具有重要的促进作用,它避开传统教学课堂内容繁多的缺陷,将课程内容缩小到20分钟之内,极大地降低了学生的学习压力,从而提高学生的学习效率和课堂学习质量。
2 MOOCs理念在大学物理实验教学中的重要性
“大学物理实验”课程是工科院校普遍开设的一门重要的基础课程,该课程在培养学生创新意识和创新能力等方面起着十分重要的作用。由于部分高校教学经费投入有限,物理实验的仪器设备品种少,能够开出的实验项目受到了限制,无法满足人才培养需要。因此,在“大学物理实验”课程中引入慕课MOOCs教学模式,进行“混合式”教学,开发优质的网络实验教学资源,特别是虚拟实验项目,使学生可以在计算机上应用实验软件完成实验过程,既节省了实验经费,又节省了实验室空间;不仅可以使学生通过慕课了解到更多的物理实验仪器的操作原理和使用方法,而且激发了学生的学习兴趣,拓宽了学生的视野,还能大量减少学校对实验设备的经费投入。因此,在“大学物理实验”课程中融入MOOCs教学模式是一个十分有研究价值的课题。
3 MOOCs理念在大学物理实验教学中的应用研究
3.1 开发虚拟实验项目
由于部分学校对实验室投入经费有限,使得教学水平相对较低。而慕课MOOCs教学模式很好地解决了这个问题,通过开发一定数量的虚拟实验项目,特别是那些价格昂贵的实验仪器,如核磁共振、光栅光谱仪、光纤传感器实验等,学生可以在计算机上应用开发出的实验软件完成实验过程,既节省了实验经费,又节省了实验室空间。同时培养了学生的自主学习的能力,使他们由被动学习变为主动学习,利用翻转课堂的模式调动了学生学习的积极性和主动性。
3.2 制作物理实验微课程
制作物理实验微课程要突出我校的学科特色,提高学生的学习兴趣和动力。教学视频必须主题突出,短小精悍,长度基本在10分钟左右,符合视觉驻留规律,因为人的高效专注时间长度在15~20分钟左右。微课内容设计,要选择一些有一定难度的实验项目,如示波器的使用、迈克尔逊干涉仪、杨氏模量实验等,利用MOOCs帮助学生顺利完成实验操作过程。教师可以布置学生课前通过MOOCs预习相关实验项目内容,课堂上再进行提问、讨论和实验操作,这样可以有更多的时间选做更多的实验内容,这不仅在有限的课时数内大大丰富了实验教学内容,还培养了学生的自主学习能力,使他们由被动学习变为主动学习,实现了翻转课堂。
3.3 收集、整合MOOCs资源与大学物理实验教学资源
由于目前还没有名校开设的免费“慕课”模式的“大学物理实验”课程,所以我们积极争取在学校的支持下,通过搜集、筛选、制作和编辑一些“大学物理实验”课程内容的视频资源,借助学校的网络教学平台,提供给学生,实现资源共享。慕课的价值就在于将世界上最优质的教育资源传播到地球最偏远的角落,使得世界各地的学习者都可以获得顶尖高校名师的课程。各校资源实现共享,促进了教育的公平性。
4 MOOCs理念对大学物理实验教学的影响
4.1 其开放性使实验教学变得更加便捷
MOOCs的教学理念的开放性优点给大学物理实验教学提供了便利的条件。MOOCs理念下要求物理实验中一些前沿课程对学生和教师免费开放,这就使得学生不会受到传统物理实验教学方式的时间和空间上的约束,从而有选择性的进行物理实验课程学习,极大提高了学生的学习效率。
4.2 其多样性给物理实验教学提供了更多的选择
MOOCs理念下的物理实验教学具有多样性的特点,学生可以根据自身的喜好在网络资源数据库中选择自己感兴趣的物理实验,在选取物理实验课程的同时,也可以选择自己喜欢的教师或教授,进行相关实验课程的学习。这种多样性的网络教学辅助手段,给学生提供了更多的选择空间,使他们不单单只局限在课堂教学中,而且由于是自己选择的喜欢的课程和讲师,这样学习起来也会更加有效率。因此,MOOCs理念的多样性给学生物理实验的学习提供了便利,同时对于学生自行化学习的培养起到重要作用。
4.3 其虚拟性为物理实验教学带来挑战
虽然MOOCs凭借着开放性和多样性,使得学生对于物理实验的学习更为方便、快捷。但是,MOOCs理念下的教学方式毕竟仅仅是虚拟的教学手段,而对于实验这种注重操作的课程来说仍然存在一些缺陷。学生在网络上对于实验课程的学习,尽管有兴趣,而且便于学生的理解,但是学生在操作能力上得不到有效的锻炼。因此,MOOCs理念下的物理实验教学仍然存在一些问题,给实验教学带来一些挑战。
5 基于MOOCs理念的大学物理实验教学模式的改革与实践
5.1 实验目标的完善
基于MOOCs理念下的大学物理实验教学,它对于学生综合素质的培养具有较高的要求。因此,大学物理实验课程的开设目的要本着培养学生探究性思维能力和创新性学习能力,从而提高物理实验教学的效率。
5.2 实验过程的创新
MOOCs理念下对于大学物理实验过程的改革要求考虑以下几个方面:第一,实验前的准备阶段,要求学生做好实验准备工作;第二,实验过程中对于学生实验操作的指导,严格本着对学生动手能力培养的要求进行;第三,实验结束后对于学生拓展性思维能力的培养,从而实现学生的个性化体现。
5.3 实验方法的优化
由于MOOCs理念给学生带来了更加直观以及优质的理论知识,使得其不再需要实验讲师在实验课堂上占用时间。当然这些还是不够的,毕竟物理是一门注重实验的学科,还应当把重点放在实验上。因此,还要对实验方法进行优化和完善,以适应社会发展对人才培养的急切需求。MOOCs理念下的大学物理实验教学方法应在理论知识作为前提条件下,更加注重对学生个体的培养,根据不同学生的实际情况将整体分解成个体,逐步实现学生的个性化要求,从而提升学生的实验探究能力以及动手操作能力。
参 考 文 献
[1] 徐倩,彭金璋,叶伏秋.新的人才培养模式下大学物理实验教学改革与实践[J].高等理科教育,2012,02:107-110.
[2] 闫凯,朱波,池红岩,韩仁学.大学物理实验课教学模式、方法、手段改革与实践[J].中国电力教育,2013,26:89-90.
[3] 刘名卓,祝智庭.MOOCs教学设计样式研究[J].中国电化教育,2014,07:19-24+33.
作者:李双美
大学物理实验教学模式改革论文 篇3:
普通高等院校大学物理实验教学模式探析
【摘要】文章分析了普通高等院校现行大学物理实验教学模式的局限性,并着重从加强实验前的预习、合理安排实验内容和课时、增添虚拟实验教学系统、加强探究性实验四个方面来探讨新型实验教学模式的构建。
【关键词】大学物理实验;教学模式;虚拟实验
1.普通高等院校现行的大学物理实验教学模式及其局限性
目前,很多普通高等院校现行的大学物理实验教学模式多为填鸭式,主要以老师演示为主体,学生再依样画葫芦,即由教师说明实验的目的、实验原理、实验内容,再现场演示实验步骤及讲解实验数据的处理方法等,最后,学生按要求完成实验。这种实验教学模式的缺点是实验内容相对而言比较独立、缺乏知识之间的关联性,教学模式呆板、并且实验多为验证性实验。综合性、设计性实验比例小,没有研究性实验,反映物理学的发展前沿与新应用方面的实验少,验证性实验是按“问题——原理——结论——实验证明”的程序进行的,这种模式的确有利于同学对于实验原理的理解以及记忆,但其不足之处也是显而易见的。整个实验教学过程先是老师的演示,然后学生在观摩的基础上按老师的要求进行实验,这样一个没有真正意义上动手操作的实验根本无法激起学生探索知识的兴趣,不利于学生创新能力的培养。
2.新型实验教学模式的构建
目前,由于国家扩招政策,高等院校学生人数激增,以及师资、教学条件和管理体制等制约,在课程设置中存在专业化课程太多、课程面太窄、文理分家的问题,而真正的课程却太少,整体师资、课程建设力量太弱。我们需要在培养人才的过程中重视知识与能力的协调,理论与实践的协调,科学素质教育与人文素质教育的协调,使学生具有文理通透、博学而又专长的知识面。而实验教学的改革在于充分发掘学生潜能,发挥学生的主观能动性,优化资源配置,充分发挥资源优势。根据现行理念改革实验教学人才培养模式,制订合理、科学的教学计划,才能实现从注重知识传授向更加重视能力和素质培养的方向转变,为学生提供符合时代需要的课程体系和教学内容,才能不断提高实验教学质量。
构建新型的大学物理实验教学模式需要从以下几点从发。
第一、加强实验前的预习。实验前的预习是实验教学不可缺少的环节。如何让学生实验前在短时间内预习好实验的原理、实验步骤、注意事项并预想到实验中可能发生的问题等,是实验成功与否的重要一步。充分利用校园网,通过多媒体介绍每个实验,包括实验目的、实验仪器、实验原理、难点及注意事项,提出一些启发性的问题启发学生思考,激发他们做实验的兴趣和欲望,为顺利地进行实验课做好铺垫。以往大多数学生都是等到上实验课时,到实验室后匆忙地按照实验讲义将实验原理、实验仪器、实验步骤、注意事项等抄写到实验预习报告上,以应付老师的检查,这样的预习效果是可想而知的。
第二、合理安排实验的内容及课时。很多高校在实验安排上,虽然课程表上每周都安排实验课,可是大多数都没按安排完成,而是将实验扎堆到学期结束前的几个周来做,同学们做完实验再一次性将所有实验报告上交,这样安排实验不利于学生实验兴趣的培养和实验能力的提高。改革实验教学模式,还必须整合实验项目,更新实验内容,适当减少验证性和演示性实验项目,逐步增加和充实综合型、设计型和创新型实验项目,坚持实验教学与理论教学并重,克服重理论轻实验的倾向。
第三、增添虚拟实验教学系统。传统的实验教学主要依赖费用高昂的实验设备,存在前期投入大,后期维护费用高,开展过程受时间、地点、人力、物力、财力的限制等问题,致使实验教学无法有效开展,严重影响教学质量。其次,教师很难在有限的时间内详细地指导大批的学生,致使教学目标难以达到。设计性和探究性实验更是难以开展,所以在此大力提倡引入虚拟实验教学系统,虚拟实验平台与真实实验台类似,主要用于供学生自己动手配置、连接、调节和使用实验仪器没备进行实验。虚拟实验平台允许根据平台上提供的器材自由搭建任意合理的典型实验,或实验系统案例,这一点是虚拟实验平台有别于一般实验教学课件的重要特征。典型实验通常是由精通相关课程的教师设计的。要求学生在此基础上进行实验,可满足教师对各层次实验教学的需求。虚拟实验平台也为学生自由搭建实验模拟提供了可能。学生既可通过虚拟实验平台动手操作,又可自主设计实验,有利于培养设计能力和创新意识。与器材库(或仪器、设备、材料库)类似,虚拟实验平台通常拥有一个器材栏,用于各类虚拟实验器材的管理。学生可以把器材从器材栏中移到实验台上,或者从实验台上把器材收回到器材栏。虚拟实验教学系统可以促进学生学用结合,实验的安排更加灵活方便且不受时间空间限制,只要有网络的地方就可以动手做实验,实现真正意义上的开放实验室。虚拟实验可以减少实验设备的维护强度,缓解当前实验设备不足、缩短与真实设备的操作距离。
第四、加强探究性实验。在历史上,许多探究性实验在物理理论的建立和发展中具有重要的意义,其对于培养学生的创造性思维是大有裨益的。与传统的验证性实验相比,探究性实验有其鲜明的特点。
首先,探究性实验包含的物理规律往往隐藏在较深的层次,需要学生去挖掘;实验的条件和结果之间往往存在着较大的距离,需要学生去跨越;解决问题的方法与途径往往不太明确,需要学生通过尝试错误,提出假设并验证假设来寻找。
其次,探究性实验的设计要充分考虑学生的心理特点和认知水平,实验设计要求生动、有趣,能使学生在进行实验探索时,自始至终保持很高的兴趣。
最后,教师所设计的探究性实验应有一定的新颖性、先进性和实验性,要充分体现出创造性原则,运用创造性思维独立的去认识新知识,符合学生的认知结构,由易到难,循序渐进。
3.结语
提高高等教育教学质量是高校永恒的主题,而实验教学工作是高等教育工作的一个重要方面 ,因此各高等院校必须根据自身实际情况,改革实验教学模式,为培养创新型人才创造条件。■
【参考文献】
[1]陈玉林.大学物理实验教学改革的探索与实践[J].气象教育与科技,2006(1-2).
[2]李玉珍,刘杨.实验室开放存在的若干问题的探讨[J].长春师范学院学报(自然科学版),2010(1).
[3]李增新.高师实验室开放促进学生科研探索与实践[J].实验技术与管理,2008(6).
作者:王千文